WoodC.A.R.

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WoodC.A.R. | Wood – Computer Aided Research , auch bekannt unter dem Begriff „Holz im Fahrzeugbau“. WoodC.A.R. ist ein, von der österreichischen Forschungsgesellschaft (FFG) ,, SFG (Steirische Wirtschaftsförderungsgesellschaft m.b.H.) und Standortagentur Tirol GmbH gefördertes Forschungsprojekt, mit einem Forschungsvolumen von 5 Mio. EUR und einer Laufzeit von 4 Jahren . Das Projekt WoodC.A.R. wird seit März 2017 an verschiedenen Forschungsstandorten in Österreich betrieben und läuft mit Mai 2021 aus. Die Forschungsarbeiten werden im Rahmen des Forschungsprojekts CARpenTiER fortgesetzt.

Anhand von verschiedenen konkreten Anwendungsfällen (Seitenaufprallträger eines konventionellen PKWs , Chassis eines elektrisch betriebenen Raupenfahrzeugs „Ardenner“ ,,,,, Einstiegstreppe für einen Reisebus ,,, Chassis eines Fun-Cars) wurden Wissen, Methoden und Erfahrungen mit Holz-Hybridwerkstoffen im strukturellen Fahrzeugbau hinsichtlich technischer, technologischer, ökonomischer und ökologischer Aspekte auf- und ausgebaut. WoodC.A.R. eröffnet durch die detaillierte Materialbeschreibungen die Berechenbarkeit des Werkstoffs Holz und dadurch die Anwendung modernster Simulationsmethoden und den damit verbundenem computerbasierten (Computer Aided) Engineering neue Anwendungspotentiale von Holz für tragende und dynamisch belastete Bauteile. Bauteile für die Fahrzeugtechnik ist dabei nur eines von vielen Anwendungsgebieten.

Holzchassis des elektrobetriebenen Raupenfahrzeugs "Ardenner" der Fa. MATTRO.

Der forstbasierte Sektor ist einer der wichtigsten Wirtschaftszweige in Österreich. Rund 260.000 Personen in Österreich beziehen ein Einkommen aus dem forstbasierten Sektor. Weiters trägt der forstbasierte Sektor mit ca. 4 % zum BSP bei, was einen der höchsten Beiträge innerhalb des gesamten Produktionssektors darstellt. 70 Prozent der Produktion werden exportiert, was bedeutet, dass der forstbasierte Sektor auf dem zweiten Platz in Bezug auf den Aktivposten der Handelsbilanz steht. 48 % der österreichischen Landesfläche sind bewaldet. Eine nachhaltige Waldbewirtschaftung in Österreich garantiert auch in Zukunft eine ausreichende Rohstoffversorgung (BFW 2015).

Allerdings haben sich die Zwänge und Rahmenbedingungen in der Wertschöpfungskette Holz in Österreich in den letzten Jahrzehnten verändert. Durch steigende Personalkosten steht die österreichische holzverarbeitende Industrie im Wettbewerb auf den globalen Märkten unter großem Druck. Vor allem Commodity- und Massenproduktion sind angesichts des vorherrschenden Preisniveaus nicht mehr wirtschaftlich effizient. Als Konsequenz haben die Holzverarbeiter begonnen, ihre Produktionskapazitäten in osteuropäische Länder zu verlagern. Die österreichische Stahlproduktion hat sich in den letzten 20 Jahren von Commodities zu Spezialitäten verlagert. Ähnliche Trends und wirtschaftliche Maßnahmen zur Erreichung einer höheren Wertschöpfung werden auch für die holzverarbeitende Industrie für die Zukunft erwartet und gefordert. Für eine nachhaltige Waldbewirtschaftung wird ein höherer Anteil an Hartholzarten gefordert, um den veränderten Klimabedingungen gerecht zu werden. Mehrere Forschungsprogramme in Mitteleuropa haben bereits die Suche nach anwendbaren Technologien und Produkten für kommende Laubholzressourcen eingeleitet.

In den letzten 15 Jahren hat die Holzwissenschaft und die Forschung und Entwicklung im forstwirtschaftlichen Bereich in Österreich einen Aufschwung erlebt. Die Forschung konzentriert sich jedoch hauptsächlich auf die Holzchemie, die Materialforschung, das Bauen mit Holz und die klassische Holztechnologie zur Verbesserung der bestehenden Produktionskapazitäten. Dennoch liegt die Forschungsquote der österreichischen holzverarbeitenden Industrie mit 0,9 Prozent weit unter dem nationalen Mittelwert von ca. 3 Prozent und Forschungs- und Entwicklungsprozesse werden überwiegend in einem klassischen Stage-Gate-Verfahren durchgeführt.

Die Automobilindustrie ist stark getrieben von der permanenten Verlängerung der Produktentwicklungszyklen und der Zunahme der Produktvielfalt. Folglich wurden die Entwicklungsprozesse auf virtuell basierte Prozesse umgestellt. Darauf aufbauend wird die Vor- und Entwicklungsphase hauptsächlich durch Material- und Prozesssimulation getrieben. So wird die Produkt- und Prozessimplementierung bereits in einem sehr frühen Stadium der F&E-Aktivitäten berücksichtigt, was in der Folge zu zielgerichteten, kürzeren Entwicklungszyklen und einem überaus hohen Bedarf an verifizierten Simulationsmethoden führt. Verifizierte Material- und Prozesssimulation sowie strikte Entwicklungsvorgaben garantieren hochzuverlässige Produkte und Prozesse sowie eine Reduzierung der Entwicklungskosten bzw. -zeit.

Aufgrund aktueller Aktivitäten und zukünftiger Trends in der Automobilindustrie hinsichtlich CO2-Reduzierung und neuer grüner Mobilitätskonzepte sind neue Leichtbau- und biobasierte Werkstoffe für den Multimaterialeinsatz in Produkten stark gefragt. Folglich werden Glas- und Kohlefaserverbundwerkstoffe in Fahrzeugen eingesetzt. Diese Materialien sind jedoch teuer in Bezug auf Material- und Verarbeitungskosten und beinhalten einen hohen Anteil an grauer Energie. Holz und Holzwerkstoffe könnten eine Antwort sein, um den Bedarf an neuen Leichtbauwerkstoffen für die Automobilindustrie zu erfüllen, insbesondere im Hinblick auf CO2-Reduktion und Nachhaltigkeitspotenzial.

Der gesamte historische Geräte- und Maschinenbau war bis hinein ins 19. Jahrhundert durch den Werkstoff Holz dominiert. Selbst komplexe Apparate wie Kutschen, Uhren und Mühlen waren aus Holz. Untersuchungen zeigen, dass dabei bewusst unterschiedliche Hölzer für unterschiedliche Bauteile zum Einsatz kamen. Aufgrund des Materialmangels griff man im 2. Weltkrieg bei der Herstellung von Kampflugzeugen auf den Werkstoff Holz zurück. Eines der erfolgreichsten Kampfflugzeuge, die Englische Mosquito, war fast gänzlich aus Schicht und Sperrholz gebaut. Howard Hughes wurde 1942 beauftragt für US-Truppen einen Lastentransporter zu konstruieren. Die Spannweite, des aus Phenolharz getränkten Sperrholz gefertigten Giganten, beträgt 96 m. Auch das erste Überschallflugzeug, die Komet, war eine Holzkonstruktion ausgestattet mit einem Düsentriebwerk. Die gesamte Geschichte der Luftfahrt ist eng mit dem Werkstoff Holz verknüpft. Auch Luftschrauben werden bis heute noch aus Holz gefertigt. Sowohl Umwelteinflüssen als auch den enormen mechanischen und dynamischen Belastungen hält der Werkstoff Holz stand.

In älteren Fahrzeugkonstruktionen wie Ford oder Chevrolet finden sich Holzbauteile. Das Crashverhalten dieser Fahrzeuge zeigt tatsächlich Schwächen. Aber Autos früherer Epochen zeigen generell hinsichtlich Crashsicherheit Schwächen. Eine Ablehnung des Werkstoffs Holz für den Einsatz in diesen Bereichen lässt sich daher aus historischen Konstruktionen von Fahrzeugen nicht ableiten. Durch die Entwicklungen im Bereich aktiver Fahrsicherheit - also Sicherheitssysteme die es erst gar nicht zu einem Unfall kommen lassen – ist Fahrzeugkonstruktion und Fahrzeugsicherheit generell neu zu denken und zu bewerten.

Ein wesentliches, wenn nicht das wesentlichste Argument für Holz ist sein Leichtbaupotential. Rund ¼ des Energiebedarfs für ein Fahrzeug geht auf das Fahrzeuggewicht, gleichgültig ob das Fahrzeug mit elektrischer Energie oder von einem konventionellen Verbrennungsmotor angetrieben wird. Die Reichweite wird folglich wesentlich durch die Fahrzeugmasse mitbestimmt. Neben klassischen Leichtbauwerkstoffen wie Aluminium, Carbon und Waben- und Sandwichmaterialien wird mit WoodC.A.R. auch den Leichtbauwerkstoff Holz näher für die genannten Anwendungen untersucht.

Als Werkstoff werden vorrangig Laubhölzer für Konstruktionen als geeignet angesehen. Wie andere Forschungsprojekte auch beschäftigt man sich bei WoodC.A.R. vorrangig mit Schicht- und Sperrholzkonstruktionen, die wiederum mit anderen Materialien kombiniert werden.

An dem Forschungsprojekt sind folgende Partnerinstitutionen beteiligt:

1) Wissenschaftliches Konsortium: BOKU (Universität für Bodenkultur Wien) , FH JOANNEUM ,, KFU (Karl-Franzens-Universität Graz) , TU-Graz (Technische Universität Graz) , ViF (VIRTUAL VEHICLE Research Center Graz) und W.E.I.Z. (Weizer Energie- Innovations- Zentrum GmbH, Weiz) .

2) Forschungspartner: DOKA GmbH , DYNAmore GmbH , EJOT Austria GmbH , Forst-Holz-Papier ,, Holzcluster Steiermark GmbH ,,, IB STEINER ,, Lean Management Consulting GmbH , Magna Steyr Fahrzeugtechnik AG&Co KG , MAN Truck & Bus AG , MATTRO Mobility Revolutions GmbH ,,,,, Volkswagen AG und Weitzer Parkett GmbH & CO KG ,.

Die Forschungsergebnisse von WoodC.A.R. sind in mehreren Filmen und Vorträgen zusammengefasst ,.